內(nèi)陸河下游生態(tài)輸水區(qū)白刺灌叢的水分利用策略：基于穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)

一般說來，丘陵起伏的地形，造成河水不能外泄，常在河口低洼處停蓄起來成湖，也就是河口湖。河口湖又稱為“終點湖”、“尾閭湖”。指處于內(nèi)流河河口、尾閭、終點的湖泊。

由于氣候變化、人口增多、工農(nóng)業(yè)發(fā)展，加之水資源總量不足、時空分布不均等因素，導(dǎo)致不少地區(qū)的尾閭湖出現(xiàn)地下水位下降、綠洲面積減少、沙塵暴天氣增加等問題。

湖泊周邊的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，植被的多樣性和數(shù)量減少，生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)重破壞。為了改善尾閭湖的現(xiàn)狀，加強水資源管理，人工輸水成為首要選擇。基于此，生態(tài)輸水對湖區(qū)植被的影響成為不少科研團(tuán)隊的研究方向。
 

內(nèi)陸河下游生態(tài)輸水區(qū)白刺灌叢的水分利用策略：基于穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)
 

 

在干旱地區(qū)，內(nèi)陸河流域的尾閭湖通常是綠洲邊緣阻止風(fēng)沙侵襲的天然屏障，其生態(tài)水文效應(yīng)普遍表現(xiàn)為以地表水、地下水和天然降水為特征的植被水分關(guān)系。水分是尾閭湖周邊沙地植被穩(wěn)定的關(guān)鍵制約因子，植物-土壤水分關(guān)系是沙地生態(tài)水文過程的重要組成部分。沙生植物通過根系吸收有限的水分之后通過根—莖—葉逐層向上傳輸，以滿足植物葉片光合和蒸騰等生理活動的需求，維持植物的正常生長。為適應(yīng)持續(xù)干旱的生境條件，植物通過調(diào)節(jié)其生理特性等形成特定的抗旱機制。

基于此，在本研究中，來自西北師范大學(xué)的研究團(tuán)隊于2019年植物生長季在中國西北石羊河流域尾閭湖青土湖區(qū)收集了0–10，10–20，20–30，30–40，40–50和50–60 cm層的土壤、植物莖部、降水、地下水和湖水。利用LI-2100全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）提取土壤和植物莖中的水分。并測定了不同水體同位素數(shù)據(jù)（δ²H和δ¹⁸O）和相關(guān)水文氣象數(shù)據(jù)，以揭示尾閭湖區(qū)典型植被對生態(tài)輸水的響應(yīng)機制。研究結(jié)果有助于我們了解干旱內(nèi)陸河流域下游人工輸水背景下植物的適應(yīng)機制，為水資源的合理利用和生態(tài)建設(shè)提供參考。
 

研究區(qū)概況

【結(jié)果】
 

不同水體穩(wěn)定同位素組成的時空動態(tài)
 

2019年青土湖(a)降水、溫度、相對濕度和(b)不同水體δ²H和δ¹⁸O的時間變化。
 

土壤剖面中SWC、δ²H、δ¹⁸O和Lc-excess的時空動態(tài)。

不同水體中δ²H與δ¹⁸O的關(guān)系
 

人工輸水期植被水分來源
 

不同距離的白刺灌叢潛在水源的貢獻(xiàn)率

【結(jié)論】

本研究利用穩(wěn)定同位素對石羊河尾閭青土湖白刺灌叢的水分利用策略進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步了解尾閭湖區(qū)植被對生態(tài)輸水的響應(yīng)機制提供了參考。本研究雖然是石羊河流域尾閭區(qū)典型植被對生態(tài)輸水適應(yīng)性的案例研究，但考慮到生態(tài)輸水是干旱區(qū)下游常用的生態(tài)修復(fù)方式，本研究在干旱區(qū)生態(tài)建設(shè)中具有普遍意義。此外，還應(yīng)考慮到終端湖區(qū)植被水源非常單一，高度依賴生態(tài)輸水量和時間，本身具有一定的脆弱性。因此，加強生態(tài)輸水政策的穩(wěn)定性，培育抗旱能力更強的植物，是內(nèi)陸河末端湖泊生態(tài)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
 

作者得到了如下結(jié)論：

1. 尾閭湖區(qū)白刺灌叢用水的12.33%直接來自生態(tài)輸水，77.88%來自輸水形成的土壤水，只有9.79%來自降水；

2. 隨著樣地距離湖泊集水區(qū)的距離增加，白刺灌叢逐漸由主要利用表層土壤水和湖泊水轉(zhuǎn)向以利用中深層土壤水為主；

3. 生態(tài)輸水周期影響白刺灌叢的水分利用策略，非輸水期植物利用深層土壤水、吸收降水的比例增加。

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